雄性不育苧麻生理生化特性差異分析

何思，馬玉申，何也君，彭文仙，羅金鳳，揭雨成，2*，邢虎成，2*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所，湖南長(zhǎng)沙 410128；2湖南省種質(zhì)資源創(chuàng)新與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410128）

植物雄性不育普遍存在于開花植物中。根據(jù)Kaul的研究顯示，人們已經(jīng)在43科162屬320種的617個(gè)品種或種間雜種中發(fā)現(xiàn)了雄性不育現(xiàn)象［1］。對(duì)苧麻雄性不育系的生理、生化特性開展研究，有利于揭示苧麻雄性不育的生化和遺傳機(jī)制，為認(rèn)識(shí)和利用苧麻雄性不育奠定基礎(chǔ)［2，3］。自20世紀(jì)80年代初報(bào)道苧麻雄性不育以來(lái)［4］，我國(guó)麻類科技工作者對(duì)苧麻雄性不育的生理生化進(jìn)行了大量研究，如劉飛虎等發(fā)現(xiàn)苧麻雄性不育系葉片粗蛋白質(zhì)和氨基酸含量低于可育系，但游離脯氨酸含量較高［3，5］。宋軍等發(fā)現(xiàn)苧麻雄性不育材料花蕾中可溶性糖含量高于可育材料，但淀粉、游離脯氨酸含量和POD活性明顯低于可育材料［6，7］。劉恒蔚等發(fā)現(xiàn)，雄性不育苧麻的POD、SOD和CAT活性明顯高于可育株［8］。在其他植物中也有類似的研究。如在辣椒中發(fā)現(xiàn)，不育系花中的可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸含量均低于可育系［9-12］。本課題組收集全國(guó)各地苧麻雄性不育種質(zhì)21份，經(jīng)花粉活力檢測(cè)鑒定，將21份苧麻雄性不育材料分為雄花萎縮型、雄花不開裂型、花粉不育型和待定型［13］。對(duì)不同類型的雄性不育苧麻的細(xì)胞學(xué)機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，雄性不育苧麻的花芽發(fā)育比可育苧麻快，推測(cè)雄花萎縮型苧麻花芽在分化出花藥和花絲后，花藥不會(huì)繼續(xù)分化成花粉囊，而是變形萎縮甚至消失形成空腔；雄花不開裂型苧麻在花粉分化階段花被木質(zhì)化嚴(yán)重導(dǎo)致不能開裂；花粉不育型苧麻則是絨氈層和花絲發(fā)育異常導(dǎo)致花粉不育［14］。不同類型雄性不育材料在農(nóng)藝性狀和結(jié)實(shí)能力方面存在顯著差異［15］。

不同類型苧麻雄性不育的生理生化相關(guān)研究較少。本試驗(yàn)以可育苧麻為對(duì)照，研究比較3類苧麻雄性不育材料的生理生化特性，以為進(jìn)一步揭示其雄性不育生理生化特性及后續(xù)研究積累資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

雄花萎縮型種質(zhì)圓青5號(hào)、花被不開裂型種質(zhì)彎子苧麻、花粉不育型種質(zhì)黃小葉以及雄性可育苧麻GBN08（CK）均由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所提供。所有種質(zhì)均種植于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園試驗(yàn)基地。

1.2 試驗(yàn)方法

于三麻現(xiàn)蕾后，每個(gè)苧麻種質(zhì)取幼蕾（長(zhǎng)度＜2 cm）、中蕾（長(zhǎng)度2～4 cm）、大蕾（長(zhǎng)度＞4 cm）和第9葉（由上至下數(shù)取第9片苧麻葉）各5～10 g。每3蔸苧麻樣品合成1個(gè)重復(fù)，取3次重復(fù)。樣品冷凍保存于-80℃冰箱中。樣品粗酶液的提取參考文獻(xiàn)［16］的方法?？扇苄缘鞍缀客ㄟ^(guò)考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮法測(cè)定；POD活性測(cè)定參照文獻(xiàn)［17］的方法；CAT活性測(cè)定采用過(guò)氧化氫比色法。生理生化指標(biāo)測(cè)定每樣品測(cè)定3次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010、SPSS25分析軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 可溶性蛋白含量

由表1可知，3個(gè)雄性不育材料和可育材料的可溶性蛋白含量隨花蕾的發(fā)育逐漸下降。在幼蕾中，對(duì)照可育材料的可溶性蛋白含量（6.21%）顯著高于3個(gè)不育材料。在中蕾和大蕾中，花被不開裂型種質(zhì)彎子苧麻和花粉不育型種質(zhì)黃小葉的可溶性蛋白含量顯著高于對(duì)照可育材料，但雄花萎縮型種質(zhì)圓青5號(hào)的可溶性蛋白含量在大蕾中顯著高于對(duì)照，而在中蕾中與對(duì)照無(wú)差異。功能葉的可溶性蛋白含量均低于花蕾，對(duì)照可育材料功能葉可溶性蛋白含量為1.72%，顯著高于3個(gè)不育材料。

表1 苧麻雄性不育系與可育系的蛋白與可溶性糖含量比較Table 1 Comparison of protein and soluble sugar contents between male the sterile lines and the fertile lines of ramie %

2.2 可溶性糖含量

從表1可知，3個(gè)雄性不育材料和可育材料的可溶性糖含量都隨花蕾的發(fā)育先升后降，可育材料GBN08在幼蕾和中蕾期可溶性糖含量均顯著高于不育材料圓青5號(hào)和彎子苧麻。圓青5號(hào)和彎子苧麻大蕾時(shí)期的可溶性糖含量分別為0.97%和1.05%，高于幼蕾時(shí)期的含量，而黃小葉則是幼蕾時(shí)期的可溶性糖含量高于大蕾時(shí)期的可溶性糖含量。功能葉的可溶性糖含量為可育材料顯著高于不育材料，不育材料之間則是花粉不育的黃小葉含量最高，雄花萎縮的圓青5號(hào)最低。

2.3 POD活性

從表2可知，幼蕾期是不育材料POD活性最高的時(shí)期，可育材料POD活性隨花蕾發(fā)育而逐漸升高；3種雄性不育苧麻中，雄花萎縮型的圓青5號(hào)在花蕾生長(zhǎng)發(fā)育的3個(gè)階段的POD活性都是最高的，雄花不開裂的彎子苧麻POD活性則3個(gè)時(shí)期都是最低的；雄花萎縮型圓青5號(hào)的POD活性隨著花蕾的生長(zhǎng)發(fā)育表現(xiàn)出先升后降；雄花不開裂型彎子苧麻和和花粉不育型黃小葉POD活性則表現(xiàn)出隨著花蕾的生長(zhǎng)發(fā)育先降后升。功能葉POD活性表現(xiàn)為圓青5號(hào)大于其他不育和可育苧麻。

表2 苧麻雄性不育系與可育系的過(guò)氧化物酶與過(guò)氧化氫酶活性比較Table 2 Comparison of peroxidase and catalase contents in the male sterile and the fertile lines of ramie mol·s-1

2.4 CAT活性

從表2可知，幼蕾期可育材料的CAT活性顯著低于不育材料，但在中蕾、大蕾及功能葉中均顯著高于不育材料。圓青5號(hào)的CAT活性在花蕾發(fā)育的各時(shí)期都比彎子苧麻和黃小葉的CAT活性高，3種不育材料的CAT活性變化都隨花蕾的生長(zhǎng)發(fā)育先降后升，可育材料則呈現(xiàn)出一直緩慢上升，并在中蕾和大蕾時(shí)期超過(guò)了不育材料。功能葉的CAT活性表現(xiàn)為可育材料高于不育材料。

3 討論

植物雄性不育通常是不育基因直接、間接表達(dá)的結(jié)果。王淑華等［18］對(duì)大白菜雄性不育株與可育株花蕾中蛋白質(zhì)含量的測(cè)定表明，兩用不育系均表現(xiàn)為不育株較可育株的蛋白質(zhì)含量低。在黃巍等［19］的研究中，辣椒兩種類型不育系花蕾發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，可溶性蛋白含量、可溶性糖含量不育系均明顯低于其可育系。梁艷榮等［20］分析了胡蘿卜雄性不育系及其同型保持系在花蕾發(fā)育的不同時(shí)期蛋白質(zhì)、可溶性糖含量和POD活性的變化，蛋白質(zhì)、可溶性糖含量為不育系低于可育系，POD活性不育系高于可育系。在袁德義等［21］雄性不育的生化分析和逯紅棟等［9］的研究中，均為可育品種的CAT活性［22］高于不育品種。本研究的結(jié)果表明，3個(gè)雄性不育材料和可育材料的可溶性蛋白含量都隨花蕾的發(fā)育而逐漸下降，可育材料在幼蕾時(shí)期高于不育材料，其他時(shí)期均為不育材料高于可育材料。本試驗(yàn)中可溶性蛋白含量的變化與以上三項(xiàng)研究結(jié)果無(wú)明顯規(guī)律可循，不能確定是否與雄性不育有關(guān)，還需進(jìn)一步研究?？捎牧系目扇苄蕴呛吭谟桌俸椭欣倨诙硷@著高于不育材料，3個(gè)雄性不育材料的可溶性糖含量都呈現(xiàn)隨著花蕾的發(fā)育先上升后下降的趨勢(shì)。它的變化與以上研究結(jié)果基本一致。POD活性變化大致表現(xiàn)為可育系低于不育系，CAT活性變化則為可育系高于不育系，與以上研究結(jié)果一致。

本研究以不同發(fā)育時(shí)期的花蕾為材料，并結(jié)合功能葉，對(duì)雄性不育的生理生化特性進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明不育材料與可育材料之間在可溶性蛋白、可溶性糖、POD和CAT活性等方面均存在顯著差異，其變化在花蕾發(fā)育的各個(gè)時(shí)期和功能葉上表現(xiàn)顯著，對(duì)以后細(xì)胞學(xué)和花藥形態(tài)解剖分析等方面具有一定的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

本研究對(duì)雄性不育苧麻可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、POD和CAT活性指標(biāo)進(jìn)行分析，3個(gè)雄性不育材料、可育材料的可溶性蛋白含量都隨花蕾的發(fā)育逐漸下降；3個(gè)雄性不育材料的可溶性糖含量都呈現(xiàn)出隨花蕾的發(fā)育先上升后下降的趨勢(shì)。幼蕾期是不育材料POD活性最高的時(shí)期，可育材料POD活性隨花蕾發(fā)育逐漸升高。幼蕾期可育材料的CAT活性顯著低于不育材料，但在中蕾、大蕾及功能葉中均顯著高于不育材料。